蛋白质应用课件.ppt

1、主要内容主要内容4 多肽、蛋白质结构与功能的关系多肽、蛋白质结构与功能的关系4 蛋白质在生命活动中的重要作用蛋白质在生命活动中的重要作用4 蛋白质的前沿应用蛋白质的前沿应用 药物分子分子伴侣药物分子分子伴侣 绿色荧光蛋白（绿色荧光蛋白（GFPGFP） 1. 1.蛋白质结构层次蛋白质结构层次 蛋白质的主要结构层次蛋白质的主要结构层次2.2.多肽、蛋白结构与功能的关系多肽、蛋白结构与功能的关系 2.1 2.1 一级结构与功能的关系一级结构与功能的关系 F 氨基酸组成变化改变其功能氨基酸组成变化改变其功能 Cys Tyr Ile Gln Asn Cys Pro Leu GlyCys Tyr Phe

2、Gln Asn Cys Pro Arg GlySSSS牛催产素牛加压素F 一级结构改变引起分子病一级结构改变引起分子病 基因突变导致蛋白质一级结构的突变，导致蛋白质生物功能的下基因突变导致蛋白质一级结构的突变，导致蛋白质生物功能的下降或丧失，就会产生疾病，这种病称为降或丧失，就会产生疾病，这种病称为分子病（分子病（molecular disease）。 最早从分子水平证最早从分子水平证明的先天性遗传病明的先天性遗传病镰刀形红细胞贫血症镰刀形红细胞贫血症( (sickle-cell anemia) )。镰刀形红细胞镰刀形红细胞正常血细胞正常血细胞hemoglobin 6: GAA(Glu) -

3、GTA(Val) F 分子进化分子进化 细胞色素细胞色素c c 是由是由104104个氨基酸组个氨基酸组成的蛋白质。成的蛋白质。比较比较5050种不同的种不同的生物，发现有生物，发现有3535个是保守的。个是保守的。凡与人类亲缘关凡与人类亲缘关系越远的生物，系越远的生物，其氨基酸顺序与其氨基酸顺序与人类的差异越大。人类的差异越大。从细胞色素从细胞色素c c的一级结构看生物进化的一级结构看生物进化F 蛋白质前体的激活蛋白质前体的激活 一些蛋白质或一些蛋白质或酶在细胞中首先酶在细胞中首先合成合成(翻译翻译)的是的是其前体其前体,在成为有在成为有功能的蛋白质或功能的蛋白质或酶之前需要激活酶之前需要激

4、活. 胰岛素原的一级结构胰岛素原的一级结构核糖核酸酶核糖核酸酶RNase的变性与复性的变性与复性 蛋白质的正确折叠与分子伴侣蛋白质的正确折叠与分子伴侣 多肽链的特定空间结构是其功能的保证。多肽链的特定空间结构是其功能的保证。肽链的正确折叠或者亚基的装配常常需要由一些蛋白质，例如热激肽链的正确折叠或者亚基的装配常常需要由一些蛋白质，例如热激蛋白蛋白（Heat shock protein , Hsp）和某些酶的帮助，并且消耗和某些酶的帮助，并且消耗ATPATP。但是，这样的蛋白质与酶并不加入到最终的折叠产物或装配复合物但是，这样的蛋白质与酶并不加入到最终的折叠产物或装配复合物中。它们被称为中。它们

5、被称为分子伴侣分子伴侣（molecular chaperone）。 2.2 2.2 高级结构与功能的关系高级结构与功能的关系 蛋白质的变性与复性蛋白质的变性与复性 变性变性（denaturation）是指一些理化因素，如热、光、机械力、）是指一些理化因素，如热、光、机械力、酸碱、有机溶剂、重金属离子、变性剂（如尿素等），破坏了维持酸碱、有机溶剂、重金属离子、变性剂（如尿素等），破坏了维持蛋白质空间构象的非共价作用力，使其空间结构发生改变，结果导蛋白质空间构象的非共价作用力，使其空间结构发生改变，结果导致其生物活性的丧失。变性一般并不引起肽键的断裂，但蛋白质的致其生物活性的丧失。变性一般并不引起

6、肽键的断裂，但蛋白质的溶解度可能降低，可能凝固和沉淀。溶解度可能降低，可能凝固和沉淀。 变性有时是可逆的。消除变性的因素，有些蛋白质的生物活性可变性有时是可逆的。消除变性的因素，有些蛋白质的生物活性可能得以恢复，称为能得以恢复，称为复性复性（renaturation）。）。疯牛病病牛的海绵样脑组织疯牛病病牛的海绵样脑组织疯牛病疯牛病(BSE)可可能是由于朊蛋白能是由于朊蛋白（Pron protein，PrP）的错误折叠引起的错误折叠引起的的 蛋白质的变构与血红蛋白的输氧功能蛋白质的变构与血红蛋白的输氧功能 变构作用变构作用（Allosteric effect ）是指效应剂（变构剂）作用于多亚基

7、是指效应剂（变构剂）作用于多亚基的蛋白质或酶的某个亚基后，导致其构象改变，继而引起其他亚基的蛋白质或酶的某个亚基后，导致其构象改变，继而引起其他亚基构象的改变，结果引起蛋白质或酶的生物活性发生变化。有的结果构象的改变，结果引起蛋白质或酶的生物活性发生变化。有的结果是变构激活，有的则是变构抑制。是变构激活，有的则是变构抑制。 例如，在血红蛋白中，其例如，在血红蛋白中，其4 4个亚基与氧分子的亲和性不同。氧分个亚基与氧分子的亲和性不同。氧分子与血红蛋白的一个亚基结合（比较难）后，引起其构象发生改变，子与血红蛋白的一个亚基结合（比较难）后，引起其构象发生改变，这种变化在亚基之间传递，从而改变了其他亚

8、基与氧的结合能力，这种变化在亚基之间传递，从而改变了其他亚基与氧的结合能力，使它们与氧的结合变得容易。其动力学曲线呈使它们与氧的结合变得容易。其动力学曲线呈S S型。型。氧合可以引发维系血红蛋白氧合可以引发维系血红蛋白4个亚基的个亚基的8对离子键相继断开，从比较对离子键相继断开，从比较紧凑的紧凑的T构象转变为比较松弛的构象转变为比较松弛的R构象。构象。血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线 与肌红蛋白相比，血红蛋白的多个亚基之间的相互作用使其与氧的结合与肌红蛋白相比，血红蛋白的多个亚基之间的相互作用使其与氧的结合能力总体上削弱了（氧合曲线右移能力总体上削弱了（氧合曲线右移,

9、,由双曲线转变成由双曲线转变成S S形曲线），但是赋予了形曲线），但是赋予了其新的能力其新的能力 可以容易地将其结合的氧从氧分压高的组织（肺泡）向氧可以容易地将其结合的氧从氧分压高的组织（肺泡）向氧分压低的组织（肌肉）输送和转移。分压低的组织（肌肉）输送和转移。3.3.蛋白质在生命活动中的重要作用蛋白质在生命活动中的重要作用 F 生物催化作用：生物催化作用： 酶酶F 运输作用：如血红蛋白、转铁蛋白运输作用：如血红蛋白、转铁蛋白F 调节作用：如胰岛素、生长激素调节作用：如胰岛素、生长激素F 运动作用：如肌动蛋白和肌球蛋白运动作用：如肌动蛋白和肌球蛋白F 防御功能：如免疫球蛋白、凝血因子防御功能：

10、如免疫球蛋白、凝血因子F 营养功能：如卵清蛋白、酪蛋白营养功能：如卵清蛋白、酪蛋白F 结构蛋白：如胶原蛋白、角蛋白结构蛋白：如胶原蛋白、角蛋白F 能量转换蛋白：如细胞色素能量转换蛋白：如细胞色素F 基因调节蛋白：如阻遏蛋白基因调节蛋白：如阻遏蛋白 蛋白质在机体内的生物学功能蛋白质在机体内的生物学功能4.蛋白质的前沿应用蛋白质的前沿应用4.1 4.1 药物分子伴侣药物分子伴侣 蛋白质分子中氨基酸的突变并不完全影响其功能，突变蛋白只蛋白质分子中氨基酸的突变并不完全影响其功能，突变蛋白只要能够到达作用位点就仍然可以行使其功能，而细胞内该类错误要能够到达作用位点就仍然可以行使其功能，而细胞内该类错误折

11、叠的突变蛋白在到达作用位点之前往往会被质量监控系统清除，折叠的突变蛋白在到达作用位点之前往往会被质量监控系统清除，从而导致其功能的缺陷。从而导致其功能的缺陷。 一些低分子质量具细胞通透性的化合物如甘油、二甲基亚砜、一些低分子质量具细胞通透性的化合物如甘油、二甲基亚砜、三甲基胺等能校正并稳定突变蛋白的构象，协助突变蛋白逃离质三甲基胺等能校正并稳定突变蛋白的构象，协助突变蛋白逃离质量监控系统，正确运输到作用位点，恢复其功能，这类分子被称量监控系统，正确运输到作用位点，恢复其功能，这类分子被称为为分子伴侣分子伴侣。4.2 药物分子伴侣的模式蛋白药物分子伴侣的模式蛋白 Pgp（P糖蛋白）糖蛋白）是最早

12、发现的是最早发现的ATP膜转运蛋白家族中的成膜转运蛋白家族中的成员，被作为药物分子伴侣研究的员，被作为药物分子伴侣研究的模式蛋白。模式蛋白。 野生型野生型Pgp合成时先翻译折叠产生合成时先翻译折叠产生4个处于松散构象的结构域，个处于松散构象的结构域，各结构域及各结构域及TM片段之间再继续折叠紧凑，然后离开内质网，经由高片段之间再继续折叠紧凑，然后离开内质网，经由高尔基体，最后运输到细胞表面。若尔基体，最后运输到细胞表面。若Pgp发生突变，如第发生突变，如第490位酪氨位酪氨酸缺失，则会在蛋白质折叠过程中形成热力学障碍，折叠中间物在酸缺失，则会在蛋白质折叠过程中形成热力学障碍，折叠中间物在内质网

13、中积累而随后被迅速水解，不能完成折叠及运输过程。内质网中积累而随后被迅速水解，不能完成折叠及运输过程。4.3 绿色荧光蛋白（绿色荧光蛋白（GFP）2008年诺贝尔化学奖获得者年诺贝尔化学奖获得者下村修（日本）下村修（日本） 马丁马丁查尔菲（美国）查尔菲（美国） 钱永健（中国）钱永健（中国）绿色荧光蛋白绿色荧光蛋白 从水母从水母(Aequorea victoria)(Aequorea victoria)体内发现的发光蛋白。分子质量体内发现的发光蛋白。分子质量为为26kDa26kDa，由，由238238个氨基酸构成，第个氨基酸构成，第65656767位氨基酸位氨基酸(Ser-Tyr-Gly)(Se

14、r-Tyr-Gly)形成发光团，是主要发光的位置。形成发光团，是主要发光的位置。 特点：它产生荧光无需底物或辅因子，发色团是其蛋白质一级序列特点：它产生荧光无需底物或辅因子，发色团是其蛋白质一级序列固有的。固有的。4.4 GFP的应用的应用 报告基因和细胞标记报告基因和细胞标记 融合标记融合标记 其他：环境指示剂其他：环境指示剂 GFP已经被应用到大鼠、已经被应用到大鼠、老鼠、青蛙、有翅昆虫、老鼠、青蛙、有翅昆虫、蠕虫以及其它生物体内。蠕虫以及其它生物体内。 这两只荧光猪诞生于中国黑龙江省哈尔滨东北农这两只荧光猪诞生于中国黑龙江省哈尔滨东北农业大学的实验室。它们的发光本领并不是转基因业大学的实验室。它们的发光本领并不是转基因技术的直接产物，而是从其经过基因改造的母亲技术的直接产物，而是从其经过基因改造的母亲那里遗传而来那里遗传而来.